(57)【要約】【課題】面外方向の曲げ強度を維持しつつ、破壊モードを曲げ降伏先行型にできて靱性を確保できるようにすること。【解決手段】耐震壁構造１は、梁１１と柱１２とからなるラーメン架構１０に耐震壁２０が設けられてなる鉄筋コンクリート製である。側柱１３の中腹位置Ａには、主筋１４の強度が他の高さ位置よりも小さい主筋低強度部１３Ｘが設けられている。主筋低強度部１３Ｘは、主筋１４の少なくとも一部を切断することにより構成される。側柱１３には、中腹位置Ａを上下に貫通するように、側柱１３と梁１１との剛接合部から切り離された状態で主筋１４に平行な鋼管１６が配置されている。【選択図】図３
2005299233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁と柱とからなる架構に耐震壁が設けられてなる鉄筋コンクリート製の耐震壁構造であって、前記柱の中腹位置に、主筋の強度が他の高さ位置よりも小さい主筋低強度部が設けられていることを特徴とする耐震壁構造。
【請求項２】
請求項１に記載の耐震壁構造において、
前記主筋低強度部は、前記主筋の少なくとも一部が切断されることにより構成されることを特徴とする耐震壁構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の耐震壁構造において、
前記耐震壁には、前記主筋低強度部と略同じ高さ位置に、縦筋の強度が他の高さ位置よりも小さい縦筋低強度部が設けられていることを特徴とする耐震壁構造。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の耐震壁構造において、
前記柱には、前記主筋低強度部を含む位置に前記主筋と略平行に延びるだぼ材が設けられていることを特徴とする耐震壁構造。
【請求項５】
請求項４に記載の耐震壁構造において、
前記だぼ材は、前記主筋の少なくとも一部が挿通される筒部材として構成されることを特徴とする耐震壁構造。
【請求項６】
梁と柱とからなる架構に耐震壁が設けられてなる鉄筋コンクリート製の耐震壁構造の設計方法であって、前記柱の中腹位置に、主筋の強度が他の高さ位置よりも小さい主筋低強度部を設けることを特徴とする耐震壁構造の設計方法。
【請求項７】
梁とともに架構を構成し、この架構に耐震壁が設けられてなる鉄筋コンクリート製の耐震壁構造に使用される柱であって、当該柱の中腹位置には、主筋の強度が他の高さ位置よりも小さい主筋低強度部が設けられることを特徴とする柱。
【請求項８】
梁と柱とからなる架構に設けられて鉄筋コンクリート製の耐震壁構造を構成する耐震壁であって、前記柱の中腹位置に主筋の強度が他の高さ位置よりも小さい主筋低強度部が設けられ、当該耐震壁には、前記主筋低強度部と略同じ高さ位置に、縦筋の強度が他の高さ位置よりも小さい縦筋低強度部が設けられていることを特徴とする耐震壁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐震壁構造、耐震壁構造の設計方法、柱、および耐震壁に関し、特に、面外方向の水平力に対する強度を維持しつつ、破壊モードを曲げ降伏先行型にして靱性を確保できる耐震壁構造、耐震壁構造の設計方法、柱、および耐震壁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、中低層の鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）や鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の建物には、柱および梁からなる架構に、高い剛性と耐力とを有する優れた耐震要素であるＲＣ造耐震壁が設けられた耐震壁構造が採用されている。例えば、関連する技術文献として特許文献１がある。
このような耐震壁構造が地震力等の大きな水平力により破壊する場合の破壊モードには、曲げモーメントが最大となる耐震壁構造の脚部等で曲げ降伏する曲げ降伏先行型と、せん断力によって耐震壁が脆性的に破壊するせん断破壊型の２種類の破壊モードがある。図７は、耐震壁構造における変形と力との関係を示す図である。図７に示すように、せんだん破壊型では耐力が急激に低下するが、曲げ降伏先行型では耐力を一定程度で維持できる。このため、曲げ降伏先行型の破壊モードの方が好ましいと言える。
【特許文献１】特開平９−２０３２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、耐震壁構造を曲げ先行型の破壊モードとするには、柱脚部の鉄筋量を少なくする等の対応が必要になるため、面外方向の曲げモーメントを負担できない可能性があり、その場合には、耐震壁構造の破壊モードをせん断破壊型とせざるを得ない。このようなせん断破壊型の破壊モードでは、図７の破線で示すように、急激に耐力が低下して耐震壁構造が脆性的に破壊するという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、面外方向の水平力に対する強度を維持しつつ、破壊モードを曲げ降伏先行型にして靱性を確保できる耐震壁構造、耐震壁構造の設計方法、柱、および耐震壁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、梁と柱とからなる架構に耐震壁が設けられてなる鉄筋コンクリート製の耐震壁構造であって、前記柱の中腹位置に、主筋の強度が他の高さ位置よりも小さい主筋低強度部が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、柱の中腹位置の主筋強度を小さくしたので、例えば耐震壁の面内方向に沿った地震力等の水平力が加わると、この中腹位置において柱が積極的に曲げ降伏して、耐震壁構造が中腹位置から大きく破壊した状態となる。従って、例えば、耐震壁構造がせん断破壊強度に到達する前に柱が曲げ降伏するように主筋低強度部を構成することにより、耐震壁構造を曲げ降伏先行型にして耐震壁構造の靱性を確保できる。
また、耐震壁の面外方向に沿った水平力が加わっても、柱の中腹位置における曲げモーメントが小さいため、柱の中腹位置で主筋の強度を小さくしても、面外方向の水平力に対する強度を十分に確保できる。
このように破壊モードを曲げ降伏先行型にして靱性を確保できるため、保有水平耐力を増大させる必要がないから、構造部材の断面積を大きくする等の対応が不要となり、耐震壁構造を経済的に構成できる。また、スリットを形成する大がかりな作業が不要となり、施工性の低下も防止できる。
【０００７】
ここで、前記主筋低強度部は、前記主筋の少なくとも一部が切断されることにより構成されてもよい。また、前記主筋低強度部は、前記主筋の数量を減らしたり、前記主筋の構成材料に脆弱なものを採用したり、主筋の径を小さくしたりして構成されてもよい。
【０００８】
以上の耐震壁構造において、前記耐震壁には、前記主筋低強度部と略同じ高さ位置に、縦筋の強度が他の高さ位置よりも小さい縦筋低強度部が設けられる構成を採用できる。ここで、前記縦筋低強度部は、縦筋の少なくとも一部を切断したり、縦筋の数量を減らしたりすればよい。また、縦筋の構成材料を脆弱にしたり、縦筋の径を小さくしたりしてもよい。このような構成によれば、主筋低強度部と同様に、耐震壁の中腹位置に縦筋低強度部を設けたので、耐震壁構造の中腹位置において、より一層確実に曲げ降伏を発生させることができる。
【０００９】
以上の耐震壁構造において、前記柱には、前記主筋低強度部を含む位置に前記主筋と略平行に延びるだぼ材が設けられている構成を採用できる。この際、前記だぼ材は、前記主筋の少なくとも一部が挿通される筒部材として構成してもよいし、丸棒や丸鋼等の鋼製等の材料によって構成してもよい。
【００１０】
このような構成において、耐震壁構造に対して地震力等の水平力が加わって、柱のコンクリートが破壊した場合にも、主筋低強度部を含む位置に配置しただぼ材により、面外方向へのせん断力を負担できる。また、主筋と略平行に延びるようにだぼ材を配置したので、柱の曲げ変形に対してだぼ材がほとんど抵抗しないから、面内方向への曲げ降伏を阻害しない。
【００１１】
本発明は、梁と柱とからなる架構に耐震壁が設けられてなる鉄筋コンクリート製の耐震壁構造の設計方法であって、前記柱の中腹位置に、主筋の強度が他の高さ位置よりも小さい主筋低強度部を設けることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、梁とともに架構を構成し、この架構に耐震壁が設けられてなる鉄筋コンクリート製の耐震壁構造に使用される柱であって、当該柱の中腹位置には、主筋の強度が他の高さ位置よりも小さい主筋低強度部が設けられることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、梁と柱とからなる架構に設けられて鉄筋コンクリート製の耐震壁構造を構成する耐震壁であって、前記柱の中腹位置に主筋の強度が他の高さ位置よりも小さい主筋低強度部が設けられ、当該耐震壁には、前記主筋低強度部と略同じ高さ位置に、縦筋の強度が他の高さ位置よりも小さい縦筋低強度部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の耐震壁構造、耐震壁構造の設計方法、柱、および耐震壁によれば、面外方向の曲げ強度を維持しつつ、破壊モードを曲げ降伏先行型にして靱性を確保できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る耐震壁構造を示す平面図である。図２は、耐震壁構造を示す縦断面図である。図１，図２に示すように、本実施形態に係る耐震壁構造１は、鉄筋コンクリート製（ＲＣ造）であり、梁１１および柱１２からなるラーメン架構１０と、ラーメン架構１０の少なくとも一部に設けられる耐震壁２０とを備えている。なお、柱１２のうち、耐震壁２０に取り付く柱を特に側柱１３と称する。
【００１６】
図３は、側柱１３の一部を拡大して示す斜視図である。なお、側柱１３の説明を容易にするために図の一部を破断して示している。図３に示すように、側柱１３は、鉛直方向に平行に配置される複数本の主筋１４と、これらの主筋１４を水平方向に囲む複数の帯筋１５と、主筋１４の一部を挿通する筒部材としての鋼管１６と、主筋１４、帯筋１５および鋼管１６を覆うコンクリート１７とを備えている。
【００１７】
側柱１３には、その中腹位置Ａにおいて、主筋１４の一部が切断されることにより、主筋１４の強度が他の高さ位置よりも小さい主筋低強度部１３Ｘが設けられている。また、鋼管１６は、主筋低強度部１３Ｘを上下に貫くように、梁１１と側柱１３との剛接合部から切り離された状態で主筋１４と略平行に配置されている。
【００１８】
耐震壁２０は、図１〜図３では図示を省略するが、縦筋と、横筋と、これらの鉄筋（縦筋，横筋）を覆うコンクリートとを備えて構成されている。この耐震壁２０には、前記主筋低強度部１３Ｘと略同じ高さ位置に、前記縦筋の強度が他の高さ位置よりも小さい縦筋低強度部が設けられている。
【００１９】
耐震壁構造１は、主筋低強度部１３Ｘおよび前記縦筋低強度部を設けることにより、曲げ終局強度Ｍｕがせん断終局強度Ｑｓｕよりも小さくなるように構成されている。これにより、耐震壁構造１では、側柱１３を含む耐震壁２０の破壊モードが曲げ先行降伏型となり、耐震壁構造１がせん断破壊する前に中腹位置Ａで曲げ降伏するようになっている。
より詳細には、財団法人日本建築防災協会発行の「改訂版  既存鉄筋コンクリート造建築物の耐震診断基準同解説」で示されるように、耐震壁構造１の曲げ終局強度Ｍｕは下記数１で表される。
【００２０】
［数１］
Ｍｕ＝Ａｔ・δｙ・ｌｗ＋０．５Σ（Ａｗ・δｗｙ）・ｌｗ＋０．５Ｎ・ｌｗ
【００２１】
なお、式１に使用される各パラメータは下記の通りである。
Ａｔ  ：引張側柱の主筋全断面積（ｋｇ／ｃｍ２）
δｙ  ：引張側柱の主筋の降伏点強度（ｋｇ／ｃｍ２）
Ａｗ  ：壁の縦筋の断面積（ｃｍ２）
δｗｙ：壁の縦筋の降伏点強度（ｋｇ／ｃｍ２）
ｌｗ  ：壁の長さ（両側柱中心間距離：ｃｍ）
【００２２】
式１から、曲げ終局強度Ｍｕを小さくするためには、側柱１３の主筋全断面積Ａｔや主筋の降伏点強度δｙを小さくすればよいことが分かる。また、耐震壁２０の縦筋についても、縦筋の断面積Ａｗと縦筋の降伏点強度δｗｙを小さくすればよいことが分かる。このため、側柱１３を構成する主筋１４の一部や、耐震壁２０を構成する縦筋の一部を切断して、主筋１４の降伏点強度δｙや縦筋の降伏点強度δｗｙを小さくする構成とすることにより、曲げ終局強度Ｍｕを小さくすることができる。本実施形態では、曲げ終局強度Ｍｕがせん断終局強度Ｑｓｕよりも小さくなるように、主筋１４および前記縦筋の切断数などを設計している。
【００２３】
ところで、ラーメン架構１０に対して水平力が加わると、側柱１３には曲げモーメントが作用する。図４は、ラーメン架構１０に対して、耐震壁２０の面外方向（図１中の上下方向）への水平力が加わった場合の曲げモーメントを示す図である。図４に示すように、側柱１３に作用する面外方向の曲げモーメントは、一般に、脚部１３Ａおよび頂部１３Ｂにおいて最大となり、中腹位置Ａにおいて最小（略ゼロ）となる。このように中腹位置Ａの曲げモーメントが略ゼロであるから、主筋低強度部１３Ｘを設けたとしても面外方向への曲げ強度にほとんど影響しない。なお、側柱１３の脚部１３Ａおよび頂部１３Ｂの曲げモーメントは、ラーメン架構１０の剛接合部および耐震壁２０によって負担できる。
【００２４】
また、図５は、ラーメン架構１０に対して、耐震壁２０の面内方向（図１中の左右方向）への水平力が加わった場合の曲げモーメントを示す図である。図５に示すように、側柱１３に作用する面内方向の曲げモーメントは、一般に、頂部１３Ｂで最小となり、脚部１３Ａで最大となる。このため、中腹位置Ａにおいても、ある程度の曲げモーメントＭ０が生じるため、この曲げモーメントＭ０により主筋低強度部１３Ｘにおいて面内方向に曲げ降伏させることができる。
【００２５】
また、中腹位置Ａを含むように鋼管１６（図３）を配置したので、この鋼管１６が側柱１３の上下側を接続しただぼ材として挙動することにより、側柱１３のコンクリート１７が破壊しても面外方向へのせん断力を十分に負担できる。
なお、図３では、鋼管１６の周囲の主筋１４を切断しているが、鋼管１６の内側に上下から別々の主筋１４を挿入して、主筋１４を切断したのと同じ構成となるようにしてもよい。また、図３では、複数本の主筋１４を１つの鋼管１６が囲むように設けたが、鋼管１６が１本の主筋１４を囲むように設けてもよく、この場合には、鋼管１６を複数設ければよい。
【００２６】
以上のような耐震壁構造１によれば、地震力等の水平力が加わると、図６に模式的に示すように、面内方向への曲げモーメントによって、耐震壁２０がせん断破壊する前に、側柱１３を構成する主筋１４と耐震壁２０を構成する縦筋２１とが、その中腹位置Ａから塑性変形して曲げ降伏する。また、面外方向へのせん断力に対しては、鋼管１６がだぼ材として抵抗することにより十分に負担できる。従って、耐震壁構造１の破壊モード曲げ降伏先行型となり、図７の実線で示すように、変形量が大きくなる領域でも十分な耐力を維持できる。
【００２７】
本実施形態においては、次のような効果がある。
(１)側柱１３の中腹位置Ａにおいて、耐震壁構造１がせん断破壊強度に到達する前に側柱１３が曲げ降伏する主筋低強度部１３Ｘを構成したので、面外方向の水平力に対する強度を確保しながら、耐震壁構造１を曲げ降伏先行型にでき、耐震壁構造１の靱性を確保できる。
【００２８】
(２)主筋低強度部１３Ｘと同様に、耐震壁２０の前記縦筋にも縦筋低強度部を設けたので、耐震壁構造１の中腹位置Ａにおいて、より一層確実に曲げ降伏を発生させることができる。
【００２９】
(３)このように耐震壁構造１を曲げ降伏先行型として靱性を確保できるため、せん断破壊型の場合のように、耐震壁構造１の保有水平耐力を増大させる必要がないから、各構造部材の断面積を大きくする等の対応が不要となり、耐震壁構造１を経済的に構成できる。また、従来のように、壁と柱との間にスリットを形成する大がかりな作業が不要なため施工性の低下も防止できる。
【００３０】
(４)中腹位置Ａにおいて主筋１４の少なくとも一部を切断することにより主筋低強度部１３Ｘを構成したので、例えば、配筋後に切断するだけでよいから、施工作業の容易化を図ることができる。
【００３１】
(５)中腹位置Ａを含むように鋼管１６を配置したので、耐震壁構造１に対して水平力が加わって、側柱１３のコンクリート１７が破壊した場合でも、側柱１３の上下側を接続するだぼ材により面外方向へのせん断力を負担できる。この際、側柱１３と梁１１との剛接合部から切り離すとともに主筋１４と略平行に延びるように鋼管１６を配置したので、側柱１３の曲げ変形に対して鋼管１６がほとんど抵抗しないから、面内方向への曲げ降伏を阻害しない。すなわち、鋼管１６とコンクリート１７間の付着力が小さく、コンクリート１７と鋼管１６は一体では挙動しないので、耐震壁２０の曲げモーメントに対する引張り側となる側柱１３において、コンクリート１７が引張られても、鋼管１６が抵抗しないことから、鋼管１６が面内方向の挙動にほとんど影響しないこととなる。
【００３２】
(６)鋼管１６に主筋１４を挿通させてから主筋１４に沿って鋼管１６を移動させることにより、鋼管１６を位置決めすればよいから、鋼管１６の施工性を向上できる。
【００３３】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形例も本発明に含まれる。
前記実施形態において、主筋低強度部１３Ｘは、中腹位置Ａにおいて主筋１４の少なくとも一部を切断して構成したが、これらに限らず、例えば、中腹位置Ａにおいて、主筋１４の数量を減らしたり、主筋１４を低強度の材料で構成したり、主筋１４の径を小さくしたりしてもよい。要するに、中腹位置Ａにおける主筋１４の強度を相対的に低減させればよい。前記縦筋の縦筋低強度部についても、主筋低強度部１３Ｘの変形例と同様に、数量を減らすこと等により構成してもよい。
【００３４】
前記実施形態において、側柱１３の主筋１４に主筋低強度部１３Ｘを構成するとともに、前記縦筋にも、主筋低強度部１３Ｘと同様に、縦筋低強度部を構成したが、主筋低強度部１３Ｘのみで曲げ降伏先行型の破壊モードを実現できる場合には縦筋低強度部を設けなくてもよい。
また、前記実施形態において、だぼ材として筒部材である鋼管１６を採用したが、これに限らず、例えば、丸棒や丸鋼等の鋼材を採用してもよく、その形状や材料は特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る耐震壁構造を示す平面図である。
【図２】前記耐震壁構造を示す縦断面図である。
【図３】前記耐震壁構造を構成する側柱の一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】前記耐震壁構造を構成するラーメン架構に対して、耐震壁の面外方向への水平力が加わった場合の曲げモーメントを示す図である。
【図５】前記耐震壁構造を構成するラーメン架構に対して、耐震壁の面内方向への水平力が加わった場合の曲げモーメントを示す図である。
【図６】前記耐震壁構造が曲げ降伏した状態を示す模式図である。
【図７】前記耐震壁構造における変形と力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      耐震壁構造
１０    ラーメン架構（架構）
１１    梁
１２    柱
１３    側柱
１３Ｘ  主筋低強度部
１４    主筋
１５    帯筋
１６    鋼管（だぼ材、筒部材）
１７    コンクリート
２０    耐震壁
２１    縦筋
Ａ      中腹位置
【図１】
2005299233.tif 000003
【図２】
2005299233.tif 000004
【図３】
2005299233.tif 000005
【図４】
2005299233.tif 000006
【図５】
2005299233.tif 000007
【図６】
2005299233.tif 000008
【図７】
2005299233.tif 000009